談光伏電站絕緣阻抗異常排查方法

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摘要：近幾年，我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步，光伏發(fā)電技術(shù)迅猛發(fā)展，光伏扶貧電站及分布式光伏使光伏發(fā)電走進(jìn)千家萬(wàn)戶。然而，光伏發(fā)電設(shè)備運(yùn)行期間仍存在隱患。及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決最常見(jiàn)異常運(yùn)行故障，可以極大地提高光伏發(fā)電設(shè)備可利用率，是保證光伏發(fā)電設(shè)備正常運(yùn)行、滿足收益要求的保障。

關(guān)鍵詞：光伏電站；接地故障處理；絕緣阻抗異常；太陽(yáng)能

光伏發(fā)電是依托電力電子技術(shù)，利用太陽(yáng)光照將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng)。光伏發(fā)電不需要使用化石燃料，減少了發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的污染，并且減少了能源消耗。光伏發(fā)電依托政策扶持，快速在國(guó)內(nèi)普及。光伏發(fā)電與傳統(tǒng)火電發(fā)電原理不同，因?yàn)闆](méi)有旋轉(zhuǎn)機(jī)械，光伏發(fā)電設(shè)備故障率較低，不需要實(shí)時(shí)監(jiān)視維護(hù)，所以光伏發(fā)電系統(tǒng)也可安裝在民居屋頂，百姓也可以享受發(fā)電紅利。隨著光伏裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，光伏運(yùn)維檢修人才短缺的問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，這導(dǎo)致光伏電站故障處理效率較低，達(dá)不到預(yù)期收益率。因此相關(guān)人員要對(duì)光伏發(fā)電常見(jiàn)故障進(jìn)行充分了解和分析，建立起科學(xué)的運(yùn)維管理模式及故障排查處理方法。

1光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電主要利用的是“光生伏特效應(yīng)”，既半導(dǎo)體材料在受到光照時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。半導(dǎo)體材料經(jīng)串、并聯(lián)制作成光伏組件。光伏組件經(jīng)串聯(lián)構(gòu)成設(shè)定直流電壓的光伏組串。光伏組串發(fā)出的直流電經(jīng)光伏逆變器逆變?yōu)榻涣麟?，交流電?jīng)變壓后，送入電網(wǎng)。

2光伏場(chǎng)區(qū)故障原因與主要故障

2.1光伏場(chǎng)區(qū)故障原因

由于大型光伏電站項(xiàng)目的特殊性，上網(wǎng)電價(jià)受并網(wǎng)時(shí)間的影響，這造成工期緊、任務(wù)重。同時(shí)光伏電站占地面積大，施工過(guò)程中工作點(diǎn)多面廣。光伏電站建設(shè)時(shí)多用閑置荒地、山地作為組件安裝地點(diǎn)，存在施工難度大的特點(diǎn)。電纜溝回填時(shí)，由于部分區(qū)域取沙困難，施工方直接使用電纜溝附近的石塊回填，導(dǎo)致電纜絕緣損傷，造成低壓電纜接地故障或斷線；施工過(guò)程中，電纜放線未使用滑輪，而是拖拽電纜，地面的石塊容易劃傷低壓電纜，電纜埋入地下后，隨著雨水侵入或土地的不均勻沉降，造成低壓電纜接地故障或斷線；組件安裝工人為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民，缺乏安裝經(jīng)驗(yàn)，光伏組件安裝時(shí)，將組件線纜擠壓在組件與光伏支架間，隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，組件線纜被擠壓絕緣破損；設(shè)備制造單位制造工期短、任務(wù)緊，易采購(gòu)到質(zhì)量較差的元器件，經(jīng)過(guò)大電流運(yùn)行后，元器件易損壞。以上是光伏場(chǎng)區(qū)發(fā)生故障的主要原因。

2.2光伏場(chǎng)區(qū)的主要故障

無(wú)論采用集中式逆變器還是采用組串式逆變器，光伏電站最多的設(shè)備就是光伏組件，一座50MWp的光伏電站，若采用275Wp規(guī)格的光伏組件需要182000余塊。巨大數(shù)量的光伏組件，以及串低壓電纜的光伏組件成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中故障率最高的設(shè)備?！敖^緣阻抗異常”成為光伏電站最常見(jiàn)的故障，該故障輕則導(dǎo)致帶由故障組件串支路的逆變器告警運(yùn)行，或停機(jī)且不能自動(dòng)并網(wǎng)，嚴(yán)重則可導(dǎo)致故障點(diǎn)放電引發(fā)火災(zāi)或人身觸電事故。因此，若發(fā)生“絕緣阻抗異常”故障，必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除。查找“絕緣阻抗異常”故障點(diǎn)的方法是消除該故障的關(guān)鍵。

3“絕緣阻抗異?！惫收系呐挪檫^(guò)程

當(dāng)今市面上運(yùn)行的光伏逆變器大多數(shù)具有直流側(cè)絕緣監(jiān)測(cè)功能，當(dāng)逆變器直流側(cè)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，逆變器都能夠檢測(cè)出正極或負(fù)極絕緣異常，并且通過(guò)光伏電站布置的通信系統(tǒng)，將故障報(bào)警信號(hào)發(fā)送至電站中央控制室的后臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。但逆變器不能判斷出具體的故障點(diǎn)，更不能及時(shí)做出故障隔離，因此后續(xù)的故障點(diǎn)查找就需要人工完成。

3.1“絕緣阻抗異?！惫收系某Ｓ门挪檫^(guò)程

（1）以正極接地故障為例，光伏電站中央控制室值班人員發(fā)現(xiàn)某集中式逆變器報(bào)出“絕緣阻抗異?！眻?bào)警時(shí)，要及時(shí)通知檢修人員，經(jīng)履行工作許可手續(xù)后，檢修人員到達(dá)報(bào)警逆變器處，就地查看逆變器報(bào)警是否與中央控制室報(bào)警一致。（2）檢修人員確認(rèn)該集中式逆變器存在絕緣異常故障，采用“拉路”的方法，查找故障點(diǎn)所在的光伏匯流箱支路。當(dāng)拉開故障支路所在匯流箱的逆變器直流側(cè)支路開關(guān)時(shí)，逆變器會(huì)檢測(cè)到絕緣恢復(fù)正常運(yùn)行水平，逆變器“絕緣阻抗異?！眻?bào)警消除。（3）檢修人員使用萬(wàn)用表直流電壓檔對(duì)逆變器故障支路進(jìn)行檢查，經(jīng)測(cè)量，故障支路電纜正極對(duì)地電壓接近0V，負(fù)極對(duì)地電壓約-640V，可以確定故障點(diǎn)在正極。（4）此時(shí)將檢修人員分為兩組，一組留在集中式逆變器處，另一組到故障支路所在匯流箱處（為了便于說(shuō)明，將留在集中式逆變器的一組檢修人員定義為A組，將去檢查故障支路匯流箱的一組檢修人員定義為B組），B組人員到達(dá)該匯流箱后，拉開匯流箱內(nèi)斷路器，使用萬(wàn)用表直流電壓檔分別測(cè)量該匯流箱至逆變器直流電纜正、負(fù)極對(duì)地電壓為0V，以確認(rèn)需要檢修的匯流箱間隔正確，保證安全，防止走錯(cuò)間隔。（5）在匯流箱處的B組人員斷開該匯流箱內(nèi)的所有正、負(fù)極熔斷器，使用萬(wàn)用表直流電壓檔分別測(cè)量該匯流箱內(nèi)各熔斷器與組串連接處對(duì)地電壓，直至全部測(cè)量完成，發(fā)現(xiàn)某一路正極對(duì)地電壓接近0V，負(fù)極對(duì)地電壓約-640V時(shí)，即可確定該組件串正極接地故障。（6）B組人員通知在逆變器處的A組人員合上逆變器直流側(cè)該匯流箱支路斷路器，B組人員將該匯流箱非故障組串恢復(fù)發(fā)電。（7）兩組人員在該匯流箱處匯合，使用鉗形電流表直流電流檔檢測(cè)無(wú)電流的組串聯(lián)絡(luò)線，并沿線查找即可找到故障點(diǎn)。若未測(cè)出故障，可以僅合上一路組串的正負(fù)極熔斷器，再合上該匯流箱內(nèi)的斷路器，使用萬(wàn)用表的直流電壓檔測(cè)量匯流箱至逆變器的電纜正、負(fù)極對(duì)地電壓，判斷匯流箱至逆變器的電纜絕緣情況。

3.2“絕緣阻抗異?！惫收系奶厥馀挪檫^(guò)程

上述檢查方法可以查到絕大多數(shù)組串絕緣阻抗異常的故障點(diǎn)，但是對(duì)于某些匯流箱元器件內(nèi)部故障引起的“絕緣阻抗異?！惫收鲜菬o(wú)法檢查到的。檢查過(guò)程中，工作人員會(huì)發(fā)現(xiàn)所有組串的正負(fù)極對(duì)地電壓都是從大約±100V向0V遞減的正常狀態(tài)，但是合閘送電后，逆變器依然發(fā)出“絕緣阻抗異?！眻?bào)警。此時(shí)，保持逆變器直流側(cè)該支路斷路器在“分”位，匯流箱內(nèi)斷路器在“合”位，在匯流箱處的B組人員合上匯流箱內(nèi)所有正、負(fù)極熔斷器后，使用萬(wàn)用表直流電壓檔、黑色表筆接地，使用紅色表筆測(cè)量匯流箱斷路器與電纜連接處負(fù)極的電壓，會(huì)發(fā)現(xiàn)約為-600V并且數(shù)值維持不變。然后拉開一半對(duì)應(yīng)的正、負(fù)極熔斷器，再次使用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)量匯流箱斷路器與電纜連接處負(fù)極的對(duì)地的電壓，若發(fā)現(xiàn)電壓從約為-100V向0V靠近，則表示所測(cè)量的支路正常，如圖1所示。此時(shí)斷開該部分的正、負(fù)極熔斷器，并且合上拉開一半對(duì)應(yīng)的正負(fù)極熔斷器。重復(fù)這種方法，不斷排除正常的組串支路，并拉開對(duì)應(yīng)的組串的正、負(fù)極熔斷器，保持電壓異常的組串支路正、負(fù)極熔斷器都在合位，如圖2所示。經(jīng)過(guò)不斷的篩查，最終可以找到故障的組串支路。故障點(diǎn)會(huì)在匯流箱內(nèi)的該支路上。然后檢查該組串在匯流箱內(nèi)防反二極管、正極熔斷器座、霍爾等元器件及正極導(dǎo)線，即可排查故障。

4結(jié)束語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，電力是能源供應(yīng)的重要形式，而光伏發(fā)電也成為當(dāng)今社會(huì)電能生產(chǎn)的重要組成部分。文章以光伏電站故障原因?yàn)榍腥朦c(diǎn)，分析出組件“絕緣阻抗異?！笔枪夥娬咀畛Ｒ?jiàn)的故障，并較詳細(xì)地介紹了故障檢查方法，以求及時(shí)有效地排查故。

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作者：姜山 單位：三峽新能源曲陽(yáng)發(fā)電有限公司